計算機網(wǎng)絡第二單元

第2章物理層ComputerNetworks第2章物理層2.1物理層的主要任務2.2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識2.3信道復用技術(shù)2.4交換技術(shù)2.5Internet接入技術(shù)ComputerNetworks2.1物理層的主要任務確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即：機械特性指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。電氣特性指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。--編碼方法功能特性指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。過程特性指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。同步過程傳輸方式的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)在計算機中多采用并行傳輸方式數(shù)據(jù)在通信線路上的傳輸方式一般是串行傳輸ComputerNetworks2.2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識2.2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型2.2.2數(shù)字信號的Fourier分析2.2.3數(shù)據(jù)通信基本概念2.2.4信道及其極限容量2.2.5數(shù)據(jù)傳輸ComputerNetworks2.2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型

傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號輸出數(shù)據(jù)源點終點發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC機公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號模擬信號輸入漢字顯示漢字數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC機<ComputerNetworks在數(shù)字信號通信中，F(xiàn)ourier分析可用于解釋很多通信的原理傅立葉級數(shù)任何正常周期為T的周期函數(shù)g(t)，都可用傅立葉級數(shù)將其展開，展開項是無限多個正弦波和無限多個余弦波的組合：其中，f=1/T是基頻，an和bn稱為正弦和余弦函數(shù)的n次諧波的振幅，c是常數(shù)展開項中的每個波形稱為n次諧波，每個n次諧波的頻率都是在原來基頻f上乘以一個系數(shù)n，所以，一個周期函數(shù)g(t)可以分解為無限多個n次諧波的和。2.2.2數(shù)字信號的Fourier分析<ComputerNetworks由數(shù)學分析中的原理可知，對任何已知的g(t)，可求得：ComputerNetworks常識任何一個被傳遞的信號都可看作一個周期函數(shù)，該信號的傳輸都可理解為以傅立葉級數(shù)展開的形式在傳遞（即無限多個正弦波和無限多個余弦波在這個物理媒體上傳輸）若每個傅立葉級數(shù)的信號分量被等量衰減，則在接收端合成后，振幅有所衰減，基本形狀不變Q：實際信號在物理媒體上傳遞過程中能量會如何？結(jié)果會怎樣？ComputerNetworks例子：傳輸字母b假設(shè)計算機內(nèi)采用ASCII編碼，字符b表示為01100010，根據(jù)傅立葉級數(shù)將其看作函數(shù)g(t)，傅立葉級數(shù)展開，可求得：ComputerNetworks字母b在計算機內(nèi)通過信號傳輸---數(shù)字信號-脈沖信號傳輸?shù)睦硐肭闆r：把這個波形用flourier級數(shù)展開，展開成無限多個正弦波和無限多個余弦波的和，那么到了接受方應該還原成同樣一種波形，只是振幅會有所下降現(xiàn)實問題是：任何物理媒體只能通過有限頻率范圍內(nèi)的諧波（即帶寬限制），因此接收端只能收到有限的諧波信號。接收方恢復出的信號和發(fā)送端發(fā)送的信號會有一定的差異。ComputerNetworkst/μst/μs01100010計算機內(nèi)部b的信號表示---脈沖信號通過1次/2/4/8次諧波時接收端和發(fā)送端信號對比ComputerNetworks當能過無窮多個諧波呢？一條媒體的通信質(zhì)量：通過的諧波數(shù)越高，傳輸質(zhì)量越好了解：信號看成無線多個n次諧波的疊加，傳輸媒體能通過的諧波數(shù)越多傳輸媒體的質(zhì)量越好，通過的諧波數(shù)越少，傳輸質(zhì)量越差flourier級數(shù)展開可以解釋很多通信原理，其中一個非常重要的用途：？解析了為什么在一條物理媒體上數(shù)據(jù)的傳輸速率不可能是無限高的任何一條物理媒體它的頻帶寬度是有限的ComputerNetworks對指定的最高頻率，傳輸帶寬是有限的比特率：數(shù)據(jù)傳輸速率，每秒鐘能夠發(fā)送多少bit,bps=bitpersecond波特率：每秒得到多少個信號\每秒采樣的次數(shù)\信號變化次數(shù)（信號到達的速率）\碼元的速率例考慮：信號等級每個信號二進制編碼位數(shù)如果信號分為2級：每個信號二進制編碼位數(shù)101，則波特率=比特率如果信號分為8級：每個信號二進制編碼位數(shù)301234567，則比特率=3×波特率即一次信號變化（一次采樣）可表示3bit如信號分為V級，則每個信號二進制編碼位數(shù)log2V比特率=log2V

波特率波特率越高，比特率越高例：（？？？數(shù)據(jù)在物理媒體的傳輸速率是有限的）設(shè)波特率=比特率=bbps則：發(fā)送8bit(1B)需要T=8/b秒，因而基頻f=1/T=b/8Hz如：截止頻率為F則：最大的諧波次數(shù)n滿足nf<=F，即：n<=F/f=8F/bComputerNetworks數(shù)據(jù)傳輸速率(bps)發(fā)送的諧波數(shù)n30080600401200202400104800596002192001384000Fig.傳輸速率與諧波的關(guān)系（截止頻率為F為3000HZ

）數(shù)據(jù)在物理媒體的傳輸速率是有限的電話截止頻率為F為3000HZn<=F/f=8F/bComputerNetworksQ:電話的傳遞速度56Kb/s,64Kb/s,都大于48Kb/s,why?比特率=log2V

波特率數(shù)據(jù)的傳輸速率不僅僅和信號的傳輸速率有關(guān)還和信號的劃分等級有關(guān)

ComputerNetworks波特率和比特率的差別波特率？比特率？下圖中，波特率相同，而(b)的信號的比特率是(a)的兩倍011000101110001000011010001101100000001110110010<(b)(a)兩者數(shù)值上的差別在于每次采樣的量化值每個信號劃分的等級不一樣，每個信號攜帶的比特數(shù)不一樣ComputerNetworks2.2.3數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)與信號---信息在不同的地方有不同的表現(xiàn)方法比如計算機內(nèi)，比如傳輸媒體數(shù)據(jù)(data)數(shù)據(jù)是信息的表現(xiàn)形式/方法數(shù)據(jù)有模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)兩種形式模擬數(shù)據(jù)：在某個時間段產(chǎn)生的連續(xù)的值（對時間是連續(xù)的）例如聲音和視頻、溫度和壓力等都是時間的連續(xù)函數(shù)數(shù)字數(shù)據(jù)：離散的值（對時間是離散的）例如文本信息和整數(shù)<ComputerNetworks信號（signal）：數(shù)據(jù)在某種物理媒體上的表現(xiàn)/表示----電信號、光信號信號是數(shù)據(jù)的表示形式，或稱數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼，它使數(shù)據(jù)能以適當?shù)男问皆诮橘|(zhì)上傳輸信號有模擬信號（一般是正弦或余弦波形）和數(shù)字信號（脈沖信號）兩種基本形式傳輸信號的信道也有模擬信道和數(shù)字信道之分ComputerNetworks數(shù)據(jù)傳輸（datatransmission）：指傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸以信號為載體分為模擬傳輸和數(shù)字傳輸（指傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，從傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分）模擬傳輸（analogtransmission）傳輸?shù)氖悄M數(shù)據(jù)是指模擬數(shù)據(jù)的傳輸，不關(guān)心所傳輸信號的內(nèi)容，而只關(guān)心盡量減少信號的衰減和噪聲，長距離傳輸時，采用信號放大器放大被衰減的信號，但同時也放大了信號中的噪聲電話局---用戶（本地回路）數(shù)字傳輸（digitaltransmission）傳輸?shù)氖菙?shù)字數(shù)據(jù)---0、1是指數(shù)字數(shù)據(jù)的傳輸，關(guān)心信號的內(nèi)容，可以數(shù)字信號傳輸，也可以模擬信號傳輸，長距離傳輸時，采用轉(zhuǎn)發(fā)器，可消除噪聲的累積電話局---電話局長距離傳輸時，通常采用的是數(shù)字傳輸指傳輸?shù)男盘柕脑紨?shù)據(jù)是模擬數(shù)據(jù)表示的還是數(shù)字數(shù)據(jù)表示的—轉(zhuǎn)成信號之前的數(shù)據(jù)ComputerNetworks碼元(codeelement)在使用時間域（或簡稱為時域）的波形表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基本波形。一個信息的表示<ComputerNetworks2.2.4信道及其極限容量信道及其參數(shù)信道數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ滥M數(shù)據(jù)&

數(shù)字數(shù)據(jù)，通道可以是電纜，光纜等物理媒體可通過的頻率范圍劃分為多個頻段，每個頻段對應一個信道（可通過一路信號）信道參數(shù)—用來描述信道的質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸速率=帶寬（能夠通過的頻率寬度）等同的依據(jù)就是flourier級數(shù)展開式n<=F/f=8F/b類似于高速路上單位時間可以進入的車輛數(shù)

路越寬進入的車輛數(shù)越多---》？這里的帶寬指計算機網(wǎng)絡中的“帶寬”概念信號的傳播速率信號在介質(zhì)上的傳播速率類似于高速路上的車速<ComputerNetworks載波頻率信道對應的頻率叫載波頻率—指定某一信道位置收音機的頻道相當于每個車道的位置采樣頻率數(shù)字設(shè)備的接收端，需要將信號變成數(shù)據(jù)模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號時采樣的速率量化對采樣信號的數(shù)字化量化的等級與噪聲有關(guān)----？噪聲越大，可量化的等級就越少噪聲、信噪比ComputerNetworksNyquist定理—計算機通信基本定理在無噪聲信道中，當帶寬為HHz，信號電平為V級，則：數(shù)據(jù)傳輸速率=2Hlog2V

（b/s）

波特率：比特率？V：信號電平的級數(shù)，在二進制中，僅為0、1兩級。采樣定理：以每秒高于2H次的速率對線路采樣是無意義的，因為高頻分量已被濾波器慮掉無法再恢復他給出了在假定的理想條件下，為了避免碼間串擾，碼元的傳輸速率的上限值。----超過這個速度就會產(chǎn)生碼間串擾在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜模駝t就會出現(xiàn)碼間串擾的問題，使接收端對碼元的判決（即識別）成為不可能。

碼元和碼元之間很難區(qū)分如果信道的頻帶越寬，也就是能夠通過的信號高頻分量越多，那么就可以用更高的速率傳送碼元而不出現(xiàn)碼間串擾。ComputerNetworks根據(jù)Nyquist定理，V越高，數(shù)據(jù)傳輸速率越高?，F(xiàn)實中V不能無限高即便在無噪聲的理想信道中，V越高對發(fā)送方和接收方的設(shè)備要求越高任何實際的信道都不是理想的，在傳輸信號時會產(chǎn)生各種失真以及帶來多種干擾（噪聲）。碼元傳輸?shù)乃俾试礁撸蛐盘杺鬏數(shù)木嚯x越遠，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴重。噪聲越小，V可以越高ComputerNetworks最大數(shù)據(jù)傳輸速率（Shannon定理）Shannon定理在噪聲信道中，當帶寬為HHz，信噪比為S/N，則：最大數(shù)據(jù)傳輸速率(b/s)=Hlog2(1+S/N)

很多情況下信噪比用分貝（dB）表示1dB=10log10S/N

如：噪聲為30dB，則S/N=1000電話線H=3500Hz,噪聲30dB,最大數(shù)據(jù)傳輸速率ComputerNetworks香農(nóng)定理表明信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實現(xiàn)無差錯的傳輸。若信道帶寬W或信噪比S/N沒有上限（當然實際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率C也就沒有上限。實際信道上能夠達到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。ComputerNetworks香農(nóng)定理的應用：例：噪聲信道中的傳輸速率在噪聲信道（話音信道）中，當帶寬為3500Hz，信噪比為30dB（較為典型的電話信道），則：最大數(shù)據(jù)傳輸速率(b/s)=Hlog2(1+S/N) =3500log2(1+1000) 35000(b/s)最大數(shù)據(jù)傳輸速率為35kbps，這是在噪聲信道中的傳輸速率極限，實際上是不可能達到的再可根據(jù)Nyquist定理計算出信號劃分的等級數(shù)據(jù)傳輸速率=2Hlog2V

（b/s）ComputerNetworks注意對于頻帶寬度已確定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且碼元傳輸速率也達到了上限值，那么還有辦法提高信息的傳輸速率。這就是用編碼的方法讓每一個碼元攜帶更多比特的信息量。ComputerNetworks信道工作方式單工通信單向傳輸，如廣播、電視半雙工---獨木橋雙方都可以發(fā)送或接收，但不能同時，即當一方發(fā)送時，另一方接收全雙工雙方同時可以發(fā)送和接收信息全雙工需要兩條信道<ComputerNetworks2.2.5數(shù)據(jù)傳輸基帶傳輸與寬帶傳輸（另一方面來分類）數(shù)字數(shù)據(jù)在模擬信道上傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸<ComputerNetworks基帶傳輸與寬帶傳輸基帶傳輸---局域網(wǎng)信號源產(chǎn)生的原始電信號稱為基帶信號（基本頻帶信號），即：將數(shù)字數(shù)據(jù)0、1直接用兩種不同的電壓表示，然后送到線路上去傳輸像計算機輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號都屬于基帶信號?；鶐盘柾休^多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。因此必須對基帶信號進行調(diào)制(modulation)。用于數(shù)字傳輸：局域網(wǎng)，通常傳輸距離為185m（細纜）、500m（粗纜）ComputerNetworks寬帶傳輸將基帶信號進行調(diào)制后形成模擬信號，經(jīng)過載波調(diào)制，然后采用頻分復用技術(shù)實現(xiàn)寬帶傳輸帶通信號——把基帶信號經(jīng)過載波調(diào)制后，把信號的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過信道）。--頻帶信號多個頻帶的帶通信號在同一個物理媒體上傳輸，即寬帶傳輸寬帶傳輸通常帶寬都很大，在上面可以同時傳幾路信號，每路信號都是經(jīng)過調(diào)制后的模擬信號有線電視網(wǎng)帶寬可達750MHz，由于以模擬信號傳輸，所以傳輸距離可達100km寬帶系統(tǒng)可分為多個信道，所以模擬和數(shù)字數(shù)據(jù)可混合使用，但通常需解決數(shù)據(jù)雙向傳輸?shù)膯栴}在混合光纖電纜HFC（HybridFiberCoax）中，頻段54~550MHz是電視信號，550-750MHz是數(shù)字數(shù)據(jù)<ComputerNetworks數(shù)字數(shù)據(jù)在模擬信道上傳輸：數(shù)字數(shù)據(jù)-》模擬信號將數(shù)字數(shù)據(jù)調(diào)制成模擬信號（連續(xù)波形）進行傳輸相當于把0用一種波形來表示/傳輸，把1用一種波形來傳輸通常有三種基本的調(diào)制方式：1)調(diào)幅ASK(AmplitudeShiftKeying)2)調(diào)頻FSK(FrequencyShiftKeying)3)調(diào)相PSK(PhaseShiftKeying)

正交調(diào)相QPSK（QuadraturePhaseShiftKeying）正交調(diào)幅QAM（QuadratureAmplitudeModulation）ComputerNetworks調(diào)幅ASK(AmplitudeShiftKeying)用載波的兩種不同的振幅來表示兩個二進制值如用無信號表示0 有信號表示1每個約定的時間段發(fā)送一定振幅的信號==約定每個信號的持續(xù)時間段01ASKComputerNetworks01FSK調(diào)頻FSK(FrequencyShiftKeying)用載波附近的兩種不同的頻率來表示兩個二進制值如用信號頻率為f表示0；信號頻率為2f表示1ComputerNetworksPSK01調(diào)相PSK(PhaseShiftKeying)用載波的相位移動來表示兩個二進制值如用信號相位角為0表示0 相位角為表示1（即信號的起始相位為0或）ComputerNetworks基帶信號調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相010011100假設(shè)要發(fā)送的數(shù)字數(shù)據(jù)是010011100數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制舉例ComputerNetworks可通過提高信號的分級來提高比特率在模擬信號情況下如何提高數(shù)據(jù)的比特率---讓每個信號攜帶更多比特正交調(diào)相QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying)—把上述技術(shù)組合起來信號起始相位為/4、3/4、5/4、－/4QPSK2bit/采樣0123ComputerNetworks正交調(diào)幅（QuadratureAmplitudeModulation）正交調(diào)相+調(diào)幅QAM-646bit/采樣QAM-164bit/采樣采用QAM-64信道質(zhì)量比QAM-16質(zhì)量要高，要求噪聲小ComputerNetworks常用的幾種Modem標準Modem標準：把離散信號調(diào)制為連續(xù)信號的方法V.32（QAM-32）4(1)x2400=9600bpsV.32bis（QAM-128）6(1)x2400=14400bpsV.34 12x2400=28800bpsV.34bis 14x2400=33600bpsV.90 7x8000=56000bps說明：波特率=采樣速率信號攜帶的比特數(shù)*采樣速率/波特率<QAM-32（調(diào)頻+調(diào)幅），4bit有效數(shù)據(jù)+1bit校驗數(shù)據(jù)，波特率2400，有效數(shù)據(jù)傳輸速率9600bpsQAM-128ComputerNetworks數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)用離散信號來表示－－稱為數(shù)字信號的編碼最簡單的方法是用兩個不同的電壓信號值來表示兩個二進制的數(shù)字數(shù)據(jù)值0和1常用的數(shù)字信號編碼有：不歸零編碼曼切斯特編碼差分曼切斯特編碼ComputerNetworks不歸零編碼

NRZ（nonreturn-tozero

）用兩種不同的電平分別表示0和1（正邏輯：高電平表示1；負邏輯：低電平表示1），并且在表示完一個碼元后，電平毋需回到零缺點：存在發(fā)送方和接收方的同步問題。用于計算機內(nèi)部是有效的，因為整個計算機的工作控制在同一個時鐘下。不適于網(wǎng)絡的編碼，因為兩個主機的時鐘往往不一致。不能攜帶時鐘信號，且無法表示沒有數(shù)據(jù)傳輸10100110時鐘脈沖二進制bit流不歸零制編碼比特率＝波特率ComputerNetworks曼切斯特編碼（Manchesterencoding）--自同步編碼方式每發(fā)送一個bit要發(fā)送兩個電平，兩個電平之間要有一個跳變，該跳變發(fā)生在時間的中間，用該跳變表示0或1解決了時鐘同步問題：每發(fā)送一個bit的中間有一個跳變，從而消除了誤差，即：將跳變當作時鐘信號－－自同步編碼缺點：編碼效率低。一個時鐘周期只可表示一個bit，并且必須通過兩次采樣才能得到一個bit優(yōu)點：能攜帶時鐘信號，且可表示沒有數(shù)據(jù)傳輸bit中間有信號低-高跳變?yōu)?01bit中間有信號高-低跳變?yōu)?比特率＝0.5波特率ComputerNetworks差分曼徹斯特編碼（differentialManchesterencoding）

--自同步編碼方式根據(jù)發(fā)送一個比特開始時有無跳變表示0或1特性與曼切斯特編碼相同，但抗干擾性能強于曼切斯特編碼bit中間有信號跳變，bit與bit之間也有信號跳變，表示下一個bit為0

bit中間有信號跳變，bit與bit之間無信號跳變，表示下一個bit為1

1100ComputerNetworks編碼方式的比較不歸零制編碼的編碼密度最高，接收端一次采樣可得到一個bit，即波特率等于比特率，但不能攜帶時鐘曼切斯特編碼的編碼密度最低，接收端二次采樣才可得到一個bit，即波特率是比特率的兩倍，但每個bit中都有信號跳變，即攜帶了時鐘差分曼切斯特編碼與曼切斯特編碼基本相同ComputerNetworks編碼舉例bit流二進制編碼曼切斯特編碼差分曼切斯特編碼bit與bit之間有跳變，下一個bit為0100001011110bit與bit之間無跳變，下一個bit為1<ComputerNetworks模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸模擬數(shù)據(jù)變成數(shù)字數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳遞。如：電話局將來自話機的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳遞采用脈沖編碼調(diào)制（PCM－PulseCodeModulation）技術(shù)關(guān)鍵點：在接收端還原成模擬數(shù)據(jù)。需要保證還原的模擬信號不失真PCM以Nyquist采樣定理為基礎(chǔ)采樣定理：如果在規(guī)定的時間間隔內(nèi)，以有效信號f(t)最高頻率的二倍或二倍以上的速率對該信號進行采樣，則這些采樣值中包含了全部原始信號信息ComputerNetworksABCDEFGHt255191127630ABCDEFGH188244240144807212220010111100

11110100

11110000

10010000

01010000

01001000

01111100

11001000

模擬數(shù)據(jù)到數(shù)字數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換：采樣：采樣時間間隔t=1/2f量化：將采樣值量化為若干等級（如0～255）如電話&CD編碼：量化值用二進制表示這串數(shù)字數(shù)據(jù)可以數(shù)字傳輸也可以模擬傳輸ComputerNetworks話音信道話音信道允許的最高頻率通常為3500Hz如果以8000Hz(2倍)的采樣頻率對話音信號進行采樣的話，則在采樣值中包含了話音信號的完整特征，由此而還原出的話音是完全可理解的和可識別的ComputerNetworks話音信道的數(shù)據(jù)傳輸速率（首先模擬數(shù)據(jù)通過采樣量化變成數(shù)字數(shù)據(jù)然后編碼，將數(shù)字數(shù)據(jù)變成數(shù)字信號傳輸）對于每一個采樣值還需要用一個（一位或多位的）二進制代碼來表示，二進制代碼的位數(shù)代表了采樣值的量化精度，在主干上，對每一路話音信號通常采用8位二進制代碼來表示一個采樣值，那么，對話音信號進行PCM編碼后所得到的數(shù)據(jù)傳輸速率為：8bit×8000次采樣/秒＝64kb/s<ComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworks2.3信道復用技術(shù)信道復用無論是廣域網(wǎng)還是局域網(wǎng)，都存在這樣一個事實，即傳輸介質(zhì)的帶寬大于傳輸單一信號所需的帶寬為了有效地利用傳輸系統(tǒng)，通常采用多路復用（Multiplexing）技術(shù)以同時攜帶多路信號來高效率地使用傳輸介質(zhì)共享信道信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2復用分用(a)不使用復用技術(shù)(b)使用復用技術(shù)ComputerNetworks2.3信道復用技術(shù)2.3.1頻分復用、時分復用和統(tǒng)計時分復用2.3.2波分復用2.3.3碼分復用ComputerNetworks2.3.1頻分復用、時分復用和統(tǒng)計時分復用頻分復用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)FDM是基于這樣的前提：傳輸介質(zhì)的可用帶寬必須超過各路給定信號所需帶寬的總和，如果將這幾路信號中的每路信號都以不同的載波頻率進行調(diào)制，而且各路載波頻率之間留有一定的間隔以使各路信號帶寬不相互重疊，那么這些信號就可同時在介質(zhì)上傳輸例如有線電視ComputerNetworks用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個頻帶。頻分復用的所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源（請注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）。頻率時間頻段1頻段2頻段3頻段4頻段5FDM宏觀圖示ComputerNetworks音頻信號調(diào)制基頻調(diào)制后信號信號的頻分多路復用FDM微觀圖示（信號疊加）每個頻道的頻率ComputerNetworks時分復用TDM(TimeDivisionMultiplexing)每個信號按時間先后輪流交替地使用單一信道，那么，多個數(shù)字信號在宏觀上可認為是同時進行傳輸，對單一信道的交替使用可以按位、字節(jié)或塊等為單位來進行（類似于CPU的分時）將時間劃分為一段段等長的時分復用幀（TDM幀）。每一個時分復用的用戶在每一個TDM幀中占用固定序號的時隙。每一個用戶所占用的時隙是周期性地出現(xiàn)（其周期就是TDM幀的長度）。TDM信號也稱為等時(isochronous)信號。時分復用的所有用戶是在不同的時間占用同樣的頻帶寬度。ComputerNetworks多路復用部件通道D多路復用部件物理主干通道C通道B通道AD9D8D7D6C9C8C7C6B9B8B7B6A9A8A7A6D5C5B5A5D4C4B4A4ti+7ti+6ti+5ti+4ti+3ti+2ti+1tiD3D2D1D0C3C2C1C0B3B2B1B0A3A2A1A0幀幀ComputerNetworks頻率時間BCDBCDBCDBCDAAAAA在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復用ComputerNetworks頻率時間CDCDCDAAAABBBBCDB在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復用ComputerNetworks頻率時間BDBDBDAAAABCCCCDC在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復用ComputerNetworks頻率時間BCBCBCAAAABCDDDDD在TDM幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀ComputerNetworksTDM的同步和異步同步TDM時間片與輸入裝置一一對應，即同步如某個時間片對應的輸入裝置無數(shù)據(jù)發(fā)送，則該時間片空閑（浪費）傳輸介質(zhì)的傳輸速率不能低于各個輸入信號的數(shù)據(jù)速率之和同步TDM可能會造成線路資源的浪費使用時分復用系統(tǒng)傳送計算機數(shù)據(jù)時，由于計算機數(shù)據(jù)的突發(fā)性質(zhì)，用戶對分配到的子信道的利用率一般是不高的。ComputerNetworksABCDaabbcdbcattttt4個時分復用幀#1④③②①acbcd時分復用#2#3#4用戶ComputerNetworks異步TDM時間片是按需動態(tài)分配的時間片與輸入裝置之間沒有對應關(guān)系，任何一個時間片都可以被用于傳輸任何一路輸入信號在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元中必須包含地址信息，以便尋址目的節(jié)點傳輸介質(zhì)的傳輸速率只要不低于各個輸入信號的平均數(shù)據(jù)速率即可異步TDM又稱為統(tǒng)計TDM（STDM）ComputerNetworks用戶ABCDabcdttttt3個STDM幀#1④③②①acbabbcacd#2#3統(tǒng)計時分復用統(tǒng)計時分復用

STDM(StatisticTDM)ComputerNetworks傳輸介質(zhì)與信道傳輸介質(zhì)與信道是不同范疇的概念傳輸介質(zhì)是指傳輸信號的物理載體信道則提供了傳輸某種信號所需的帶寬，著重體現(xiàn)介質(zhì)的邏輯特性一根傳輸介質(zhì)可能同時提供多個信道一個信道也可能由多根傳輸介質(zhì)級聯(lián)而成<ComputerNetworks1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm2.3.2波分復用WDM

(WavelengthDivisionMultiplexing)

波分復用就是光的頻分復用。82.5Gb/s1310nm20Gb/s復用器分用器EDFA120km光調(diào)制器光解調(diào)器<EDFA（ErbiumDopedFiberAmplifier）摻鉺光纖放大器ComputerNetworks2.3.3碼分復用CDM

(CodeDivisionMultiplexing)

碼分多址

(CodeDivisionMultipleAccess)。每個用戶可以CDMA在同樣的時間使用同樣的頻帶進行通信。各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會造成干擾。這種系統(tǒng)發(fā)送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。采用CDMA可提高通信的話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑴p少干擾對通信的影像，增大通信系統(tǒng)的容量，降低手機的平均發(fā)射功率等等。

ComputerNetworks碼片序列(chipsequence)每一個比特時間再劃分為m個短的間隔，稱為碼片(chip)。通常m取值為64或128（在后面的原理性說明中，取為8）每個站被指派一個唯一的mbit碼片序列(chipsequence)。如發(fā)送比特1，則發(fā)送自己的mbit碼片序列。如發(fā)送比特0，則發(fā)送該碼片序列的二進制反碼。

例如，S站的8bit碼片序列是00011011。發(fā)送比特1時，就發(fā)送序列00011011，發(fā)送比特0時，就發(fā)送序列11100100。為了方便，將碼片0寫為–1，將1寫為+1S站的碼片序列：(–1–1–1+1+1–1+1+1)每個站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。在實用的系統(tǒng)中是使用偽隨機碼序列。ComputerNetworks碼片序列的正交關(guān)系令向量S表示站S的碼片向量，令T表示其他任何站的碼片向量。兩個不同站的碼片序列正交，就是向量S和T的規(guī)格化內(nèi)積(innerproduct)都是0：(2-3)例，令向量S為(–1–1–1+1+1–1+1+1)，向量T為(–1–1+1–1+1+1+1–1)。把向量S和T的各分量值代入(2-3)式就可看出這兩個碼片序列是正交的。ComputerNetworks任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積都是1。一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是–1。

ComputerNetworksCDMA的工作原理S站的碼片序列S110ttttttm

個碼片tS站發(fā)送的信號SxT站發(fā)送的信號Tx總的發(fā)送信號Sx+Tx規(guī)格化內(nèi)積S

Sx規(guī)格化內(nèi)積S

Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端<ComputerNetworks2.4交換技術(shù)交換技術(shù)；物理媒體中間設(shè)備傳遞數(shù)據(jù)的技術(shù)電路交換（電話）報文交換（電報）分組交換虛電路交換ComputerNetworks電路交換（電話）在數(shù)據(jù)傳輸前，必須建立一條端到端的通路，稱為連接，該連接可能穿越多個交換局，而每個交換局都必須為之提供連接一旦建立連接，整個通路將被獨占，除信號傳播的延時之外，數(shù)據(jù)傳輸無額外延時，數(shù)據(jù)中毋需包含目的地址服務質(zhì)量好線路的利用率較低建立連接時間長，因連接建立時沖突概率高<ComputerNetworks報文交換（電報）無論數(shù)據(jù)傳輸過程要跨越多少個交換結(jié)點（通常是路由器），只要下一站不忙，該數(shù)據(jù)即送至下一站數(shù)據(jù)的傳輸毋需建立連接，數(shù)據(jù)的傳輸是一站一站往下送，所以數(shù)據(jù)中必須包含目的地址，并采用存儲-轉(zhuǎn)發(fā)（store-forward）機制線路的利用率較高由于采用store-forward機制，所以在數(shù)據(jù)傳輸過程中，除了信號傳播的延時之外，還有存儲和轉(zhuǎn)發(fā)的延時，而且可能延時較大，且不可估計－－擁塞每個中間站點都必須有足夠大的緩存，但由于報文大小不定，內(nèi)存無法預留，所以緩存通常設(shè)置在硬盤中（進一步延時）<ComputerNetworks分組交換與報文交換相似，只是將報文分為若干個定長的分組（≤最大分組長度），每個分組為一個子報文可以為分組在內(nèi)存預留空間每個分組中必須包含目的地址，并采用存儲-轉(zhuǎn)發(fā)機制線路的利用率較高由于采用store-forward機制，所以在數(shù)據(jù)傳輸過程中，除了信號傳播的延時之外，還有存儲和轉(zhuǎn)發(fā)的延時，而且可能延時較大，且不可估計每個中間站點必須有緩存，但由于報文大小固定，所以緩存通常在內(nèi)存中設(shè)置存儲轉(zhuǎn)發(fā)的速度較報文交換高接收分組和發(fā)送分組的順序可能不一致，因此在接收端需要緩存并且可能還需要重組，進而還原出原始報文ComputerNetworks報文t電路交換報文交換分組交換ABCDABCDABCD建立連接階段報文報文報文分組傳輸報文階段ComputerNetworks電路交換與分組交換計算機網(wǎng)絡討論的是電路交換和分組交換電路交換在數(shù)據(jù)傳輸前，必須建立端到端的連接一旦某個節(jié)點故障，必須重新建立連接連接建立后，數(shù)據(jù)的傳輸沒有額外的延時數(shù)據(jù)中不必包含地址域數(shù)據(jù)按序傳輸，但信道的使用率較低適合長時間傳輸大批量的數(shù)據(jù)，如流數(shù)據(jù)ComputerNetworks分組交換在數(shù)據(jù)傳輸前，不必建立端到端的連接只要下一個節(jié)點空閑，即可傳輸信道的使用率較高數(shù)據(jù)的傳輸采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)，延時不可估計數(shù)據(jù)中必須包含地址域接收到的分組不一定按序，可能還需重組適合傳輸文本型數(shù)據(jù)不適于流媒體數(shù)據(jù)傳輸<ComputerNetworks虛電路交換將電路交換的概念引入到分組交換信息傳遞依然采用分組（定義最大分組長度）引入電路交換的連接建立過程找到路徑（但非獨占路徑上的鏈路），因而經(jīng)過中間結(jié)點時的路由延時小，且保留了分組交換中線路利用率高的優(yōu)點發(fā)送端到接收端有一條確定的路徑，因而接收順序與發(fā)送順序一致ComputerNetworks虛電路連接的建立傳輸方發(fā)起連接請求，中間節(jié)點根據(jù)路徑信息建立交換表(指路牌)，在交換表內(nèi)，節(jié)點為連接分配一個虛電路號，并與輸出端口號相關(guān)聯(lián)，表示用戶信息從該端口輸入，立即從相關(guān)聯(lián)的輸出端口輸出到下一節(jié)點虛電路連接的傳輸分組中沒有目的地址，只有虛電路號，接收分組時只檢查其頭部，一旦得到其虛電路號，則立即查交換表，轉(zhuǎn)發(fā)至適當?shù)亩丝冢ǚ莝tore-forward

）虛電路連接的拆除ComputerNetworks信元交換一種虛電路交換將分組分成固定長的單元——信元，并用虛電路方式交換ATM網(wǎng)用這種交換方式信元長度為53bytes優(yōu)點：由于信元長度固定，就可以把中間結(jié)點上原本必須由軟件方式實現(xiàn)的功能（如保存分組、查交換表等等）改為由硬件實現(xiàn)，從而提高交換速度<第2章物理層傳輸介質(zhì)電話系統(tǒng)（PSTN）Internet的本地接入傳輸介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纜無線傳輸雙絞線（twistedpair）線間干擾較小、價格便宜、易于安裝可傳輸模擬信號，也可傳輸數(shù)字信號

在電話系統(tǒng)的最后一公里，用于傳輸模擬信號在計算機網(wǎng)絡中，用于傳輸數(shù)字信號，常用8芯無屏蔽雙絞線（UTP）通常的傳輸距離為100m如Cat3（10Mbps）和Cat5（100Mbps）雙絞線的帶寬取決于粗細和絞合的程度

傳輸距離100米，終端連接傳輸介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纜無線傳輸同軸電纜50Ω同軸電纜---細纜---終端185m50Ω同軸電纜用于數(shù)字信號傳輸，目前基本已被雙絞線所替代75Ω同軸電纜----粗纜---干線500m房間之間75Ω同軸電纜用于模擬信號傳輸，目前主要用于電視信號的傳輸由于75Ω同軸電纜的帶寬極寬，所以，也被用于城域網(wǎng)，如有線通常用的同軸電纜有兩種：基帶同軸電纜---數(shù)字傳輸系統(tǒng)寬帶同軸電纜：用于模擬傳輸系統(tǒng),CATV同軸電纜分為細纜RG-58和粗纜RG-11兩種。細纜的直徑為0.26厘米，最大傳輸距離185米，使用時與50Ω終端電阻如圖5、T型連接器(如圖6)、BNC接頭與網(wǎng)卡相連，線材價格和連接頭成本都比較便宜，而且不需要購置集線器等設(shè)備，十分適合架設(shè)終端設(shè)備較為集中的小型以太網(wǎng)絡。纜線總長不要超過185米，否則信號將嚴重衰減。細纜的阻抗是50Ω。粗纜(RG-11)的直徑為1.27厘米，最大傳輸距離達到500米。由于直徑相當粗，因此它的彈性較差，不適合在室內(nèi)狹窄的環(huán)境內(nèi)架設(shè)，而且RG-11連接頭的制作方式也相對要復雜許多，并不能直接與電腦連接，它需要通過一個轉(zhuǎn)接器轉(zhuǎn)成AUI接頭，然后再接到電腦上。由于粗纜的強度較強，最大傳輸距離也比細纜長，因此粗纜的主要用途是扮演網(wǎng)絡主干的角色，用來連接數(shù)個由細纜所結(jié)成的網(wǎng)絡。粗纜的阻抗是75Ω。傳輸介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纜無線傳輸光纜多模光纜：信號有多個入射角，通過光的反射在光纖中傳輸，距離2km單模光纜：直線傳輸，距離10km干線傳輸貴光傳輸系統(tǒng)包括：光源、傳輸介質(zhì)（光纖）、光檢測器優(yōu)點：帶寬大，距離遠，損耗低，重量輕，無電磁輻射，防竊聽缺點：端口設(shè)備價格高無線傳輸無線電傳輸—收音機（中波：地表反射，近短波：空中電離層反射，遠，干擾大）微波傳輸--計算機網(wǎng)絡紅外線和毫米波–遙控器方向性好光波傳輸無需鋪設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施---基站根據(jù)光的波長分成不同的波段，依次為無線電、微波、紅外、可見光、紫外等用于通信的電磁波頻段無線電波微波紅外線可見光紫外線X射線γ射線f(Hz)10010210410610810101012101410161018102010221024f(Hz)104105106107108

1091010

101110121013101410151016雙絞線TVFMAM同軸電纜微波通信衛(wèi)星通信光通信波長30km

3km

30m

3m

30mm

3mm

30μm

3μmTnbmP101Fig.2-11用于通信的電磁波頻段微波傳輸特點：長距離傳輸直線傳輸不能穿透建筑物設(shè)置基站--位置高地面無線通信模型傳輸距離：天線的高度、類型和信號強度（能量）傳輸可靠性：障礙物傳輸正確性：氣象條件散射能力衛(wèi)星通信模型VSAT：甚小孔徑衛(wèi)星終端verysmallaperturesatelliteterminals地面站地球同步衛(wèi)星36000km端到端單程270ms往返540ms地球同步衛(wèi)星VSAT中央站VSAT缺點：延時大發(fā)射站功能大接收站靈敏第2章物理層傳輸介質(zhì)電話系統(tǒng)（PSTN）

計算機網(wǎng)絡的承載網(wǎng)Internet的本地接入電話系統(tǒng)（PSTN）公用電話交換網(wǎng)，簡稱：PSTNPublicSwitchedTelephoneNetwork通常的家庭用戶計算機通過MODEM撥號上網(wǎng)，就是通過電話系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸計算機系統(tǒng)的誤碼率為10-12

，而電話系統(tǒng)的誤碼率為10-5，是計算機系統(tǒng)的107倍綜合比較，相差11個數(shù)量級電話系統(tǒng)的樹狀結(jié)構(gòu)每部電話完全互聯(lián)是不可能的，所以一般為樹狀結(jié)構(gòu)---》行為特征一級中心：國家級中心二級中心：省、直轄市中心三級中心：區(qū)、縣級中心四級中心：區(qū)內(nèi)（本地）交換局五級：終端用戶電話系統(tǒng)的數(shù)字化趨勢與模擬傳輸相比，數(shù)字傳輸具有明顯的優(yōu)勢，所以電話系統(tǒng)數(shù)字化是發(fā)展趨勢電話系統(tǒng)由三部分組成：本地回路：雙絞線，模擬傳輸，1km~10km主干線：交換局間的光纜，數(shù)字傳輸交換局：交換設(shè)備，交換技術(shù)本地回路電話系統(tǒng)中的電話局間都已采用光纜連接，并大多已實現(xiàn)數(shù)字傳輸本地回路要實現(xiàn)光纖到戶成本太高且無必要，因為家庭電話毋需復用，也不允許復用Internet是OVER在電話系統(tǒng)上的，所以必須實現(xiàn)遠距離數(shù)字數(shù)據(jù)的傳輸，并且應用對帶寬的需求必將對本地回路的信道復用提出要求Internet可通過本地回路的接入方法接入電話系統(tǒng)的數(shù)字化趨勢與模擬傳輸相比，數(shù)字傳輸具有明顯的優(yōu)勢，所以電話系統(tǒng)數(shù)字化是發(fā)展趨勢電話系統(tǒng)由三部分組成：本地回路：雙絞線，模擬傳輸，1km~10km主干線：交換局間的光纜，數(shù)字傳輸交換局：交換設(shè)備，交換技術(shù)主干線PCM采樣和量化T1線路E1線路SONET和SDH模擬數(shù)據(jù)---數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換主干線常采用多路復用技術(shù)以提高線路的利用率PCM（PulseCodeModulation）脈沖編碼調(diào)制PCM由于數(shù)字傳輸?shù)拿黠@優(yōu)勢，所以，主干線都采用數(shù)字傳輸，于是終端用戶（如電話的語音信號）的模擬數(shù)據(jù)到達本地局后，都必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)，以適合主干線的傳輸PCM以采樣定理為基礎(chǔ)—采樣周期采樣定理：如果在規(guī)定的時間間隔內(nèi)，以有效信號f(t)最高頻率的二倍或二倍以上的速率對該信號進行采樣，則這些采樣值中包含了全部原始信號信息主干線PCM采樣和量化T1線路E1線路SONET和SDH主干線常采用時分多路復用技術(shù)以提高線路的利用率采樣和量化采樣速率：8000次/秒電話系統(tǒng)的歷史及其對整個世界的覆蓋決定了計算機網(wǎng)絡必須OVER在電話系統(tǒng)的承載網(wǎng)上根據(jù)人的聽覺功能，電話系統(tǒng)中每個信道的頻寬為4000Hz（隔離），根據(jù)Nyquist定理，對于4000Hz的信號，多于8000次/秒的采樣是無意義的采樣值的量化一次采樣值分成多少個等級，將決定量化后的數(shù)據(jù)量，如等分成256個等級，則必須用8bit表示每路電話速率64kbps采樣和量化舉例ABCDEFGHt256192128640ABCDEFGH18824424014480721222001011110011110100111100001001000001010000010010000111110011001000主干線PCM采樣和量化T1線路E1線路T1，e1:定義了在這個同軸電纜上的多路復用是怎樣來復用SONET和SDH主干線常采用時分多路復用技術(shù)以提高線路的利用率T1線路1.544Mb/sT1線路由24個多路復用信道組成,同步時分多路復用一個幀有24個時隙，每個時隙傳遞的信息是多少？----一個采樣點每個信道采樣8000次/秒，每次采樣量化為7bit

每個信道每次采樣生成7bit數(shù)據(jù)位加1bit控制位，即7b+1b即每個信道每秒生成56K+8K的傳輸速率（64kbps）24個多路復用信道的每次采樣組成一個幀，即每幀為：8bitx24=192bit，每幀間加一個bit，所以每幀為193bit193bitx8000次采樣/秒=1544000bit/s=1.544Mb/s

北美、日本使用T1線路主干線PCM采樣和量化T1線路E1線路SONET和SDH主干線常采用時分多路復用技術(shù)以提高線路的利用率E1線路2.048Mb/sE1線路由32個多路復用信道組成—時分每個信道采樣8000次/秒，每次采樣量化為8bit，其中包括用于信令的bit32個多路復用信道的每次采樣組成一個幀，即每幀為：8bitx32個信道=256bit256bitx8000次采樣/秒=2.048Mb/s歐洲、中國使用E1線路多個T1或E1線路的復用一次群：T1=1.544Mb/sE1=2.048Mb/s二次群：T2=T1x4+…=6.312Mb/sE2=E1x4+…=8.848Mb/s三次群：T3=T2x6+…=44.736Mb/sE3=E2x4+…=34.304Mb/s四次群：T4=T3x7+…=274.176Mb/sE4=E3x4+…=139.264Mb/s主干線PCM采樣和量化T1線路E1線路SONET和SDH主干線常采用時分多路復用技術(shù)以提高線路的利用率SONET/SDH

—電話光纜光纜的傳輸標準SONET（SynchronousOpticalNetwork） 同步光纖網(wǎng)美國標準ANSIT1.105~106基本速率一樣同步時分多路復用STS-1（SynchronousTransportSignal）同步傳送信號（電信號）OC-1（OpticalCarrier）光載波（光信號）

采用每125s送出一幀，每幀810B，即810路電話。因此基本速率為8bx810Bx8000次采樣/秒

=51.84Mb/sSDH（SynchronousDigitalHierarchy） 同步數(shù)字體系

CCITT推薦的標準STM-1（SynchronousTransportModule）同步傳送模塊

基本速率為155.52Mb/s=3oc-1SONET的OC級和STS級與SDH的STM級的比較在40Mb/s以下，北美的T1~T3和歐洲的E1~E3不同在更高速率的標準上，SONET和SDH基本相同線路速率(Mb/s)SONET（美）SDH（歐）OC級STS級STM級51.84OC-1STS-1155.52OC-3STS-3STM-1466.56OC-9STS-9STM-3622.08OC-12STS-12STM-4933.12OC-18STS-18STM-61244.16OC-24STS-24STM-81866.24OC-36STS-36STM-122488.32OC-48STS-48STM-169953.28OC-192STS-192STM-64TnbmP146

Fig.2-37SONET和SDH復用率電話系統(tǒng)的數(shù)字化趨勢與模擬傳輸相比，數(shù)字傳輸具有明顯的優(yōu)勢，所以電話系統(tǒng)數(shù)字化是發(fā)展趨勢電話系統(tǒng)由三部分組成：本地回路：雙絞線，模擬傳輸，1km~10km主干線：交換局間的光纜，數(shù)字傳輸交換局：交換設(shè)備，交換技術(shù)交換設(shè)備交叉點交換機空間分隔交換機時分交換機交叉點交換機縱橫制交換機（crossbar）0123456701234567缺點優(yōu)點交換設(shè)備交叉點交換機空間分隔交換機時分交換機空間分隔交換機可以理解為組交換

nxknxknxknxkkxnkxnkxnkxnNNnnXNNnnXN/n個交叉條N/n個交叉條k個交叉條把用戶分組，中間的全交換每塊芯片交叉點減少有阻塞交換設(shè)備交叉點交換機空間分隔交換機時分交換機時分交換機—軟件方法核心是時隙互換器（timeslotinterchanger）計數(shù)器n個輸入時隙n條輸出線n條輸入線n個輸出時隙輸入幀輸出幀n個詞映射表在內(nèi)存存放n個k位的RAM緩沖互換內(nèi)容時隙互換器71625540332617040123456747630521ComputerNetworks2.5Internet接入技術(shù)電話網(wǎng)撥號接入ADSL接入有線電視網(wǎng)InternetoverCable（HFC網(wǎng)）FTTx技術(shù)ComputerNetworks2.5.1撥號接入通過電話線路訪問遠程服務器使用調(diào)制解調(diào)器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號必須在某ISP注冊成為合法用戶注冊成功后，ISP會為用戶提供一個電話號碼撥號后，相當于用戶與ISP之間有了一條直連通路（因為電話網(wǎng)采用電路交換）服務器端采用DHCP協(xié)議，為接入者分配一個臨時的IP地址DHCP協(xié)議：動態(tài)主機配置協(xié)議（DynamicHostConfigurationProtocol）ComputerNetworks家庭主機撥號上網(wǎng)示意圖家庭主機通過撥號對遠程服務器的訪問不歸零制編碼的數(shù)字數(shù)據(jù)（數(shù)字信號）：A、G經(jīng)MODEM調(diào)制后的數(shù)字數(shù)據(jù)（模擬信號）：B、F經(jīng)Codec編碼解碼后的數(shù)字數(shù)據(jù)（數(shù)字/模擬信號）：C、D、E、HISP1MODEMpoolMMMMMPCMTollofficeTollofficeTollofficeEndofficeLocalloop(Analog)(Twistedpair)Medium-bandwidthtrunk(Digital,fiber)CodecCodecHigh-bandwidthtrunk(digital,fiber)ISP2DigitallineBCEAGHFD數(shù)字信號MODEM:調(diào)制成模擬信號本地電話局的編碼解碼器（Codec）:解調(diào)為數(shù)字信號ISP所在電話局的Codec:調(diào)制成模擬信號ISP的MODEM:解調(diào)為數(shù)字信號，送到ISP主機ISP租用的數(shù)字設(shè)備:無需模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳輸需考慮的問題任何傳輸介質(zhì)在傳輸信號時都伴隨著干擾（噪聲）和衰減噪聲有熱噪聲和隨機沖擊噪聲兩種衰減與信號的頻率有關(guān)，頻率越高衰減程度越大由于數(shù)字信號中包含著大量的高次諧波，所以基帶信號不適合作長距離和高速的傳輸尤其應關(guān)注在電話系統(tǒng)中使用的是頻分多路復用，人為地限制了每個信道的帶寬為4kHz---速率不快傳輸電話主干線傳輸技術(shù)同步時分多路復用，本地回路使用頻分多路復用ComputerNetworksMODEM

調(diào)制解調(diào)器簡稱：MODEM(MOdulationandDEModulation)MODEM包括調(diào)制和解調(diào)兩個功能（數(shù)模模數(shù)）調(diào)制方式有：調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相或是上述的組合計算機與MODEM的接口常用的調(diào)制解調(diào)器接口有RS-232、RS-449ComputerNetworks載波：1000–2000Hz的正弦波使用某種技術(shù)，讓載波攜帶數(shù)字數(shù)據(jù)調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相，或其組合常用的協(xié)議V.32： 6(1)bx2400=14.4kbpsV.34： 12x2400=28.8kbpsV.34bis： 14x2400=33.6kbpsV.90： 7x8000=56000bps當ISP為數(shù)字接入時終端用戶上行速率為 33.6kbps，ISP的下行速率為56kbpsComputerNetworks在電話系統(tǒng)中使用的是頻分多路復用，人為地限制了每個信道的帶寬為4kHz數(shù)據(jù)率一般最高只能達到33.6k信道速率可以達到，但是isp設(shè)備的繁忙程度也有影響<ComputerNetworks2.5.2ADSL接入DSL數(shù)字用戶線路DSL：DigitalSubscriberLine使用常規(guī)的電話線路，本地局端的濾波器將限制帶寬為4kHz，但本地回路通常采用的是3類UTP（非屏蔽雙絞線），其實際帶寬遠遠大于4kHz如局端濾波器的限制策略為按需可調(diào)，且用戶到電話局之間改為數(shù)字傳輸，則給定的帶寬可增加高于4kHz的服務稱為寬帶服務xDSL技術(shù)把0~4kHz低端頻譜留給傳統(tǒng)電話使用，而把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網(wǎng)使用。其中的“x”表示在DSL上實現(xiàn)的不同寬帶方案。ComputerNetworksxDSL的幾種類型（根據(jù)對上行、下行線路不同的帶寬需求）對稱線路：HDSL(HighspeedDSL)：高速數(shù)字用戶線1.544~2.048Mbps，2/4對雙絞線，3~4kmSDSL(Single-lineDSL)：1對線的數(shù)字用戶線1.544~2.048Mbps，1對雙絞線，3km非對稱線路：VDSL(VeryhighspeedDSL)：甚高速數(shù)字用戶線上行13~52Mbps，下行1.5~2.3Mbps 1對雙絞線，0.xxkmADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)：非對稱數(shù)字用戶線上行64k~1Mbps，下行512k~8Mbps 1對雙絞線，3~5kmComputerNetworksADSL（AsymmetricDigitalSubscriberLine）接入模型---頻分多路復用Internet用戶側(cè)本地局Ethernet端口PC機濾波器用戶配線架局端濾波器交換機配線架程控交換機ADSLmodemATU-RATU-C：ADSLTransmissionUnit－CentralATU-R：ADSLTransmissionUnit－Remote

ADSLmodemATU-CABFGEDC采用曼切斯特編碼、攜帶了數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號：A攜帶了語音數(shù)據(jù)的模擬信號：C、E、F經(jīng)ADSLmodem調(diào)制后的、攜帶了數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號：B、D、G多個信道，頻分多路復用ADSL的接入模型ADSLmodem：將數(shù)字信號調(diào)制成模擬信號濾波器：頻分多路復用設(shè)備，將計算機信號和電話信號復用到同一條雙絞線上局端濾波器，將計算機信號和電話信號分開：4kHz以下的部分交給程控交換機；4kHz以上的部分交給ADSLmodem進而連接到Internet電話撥號：網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和電話數(shù)據(jù)用的同一個信道，都是4k以內(nèi)的所以兩者是互斥的，不能同時使用Adsl:電話使用4k以內(nèi)，網(wǎng)絡使用4k以上，兩者同時傳輸使用頻分復用的方法ComputerNetworksComputerNetworksDMT離散多音調(diào)調(diào)制---adsl調(diào)制方法DMT：DiscreteMultiToneModulation將本地回路的可用帶寬（約1.1MHz)分成256個4312.5Hz的獨立信道，信道0給傳統(tǒng)的電話，1~5保留，剩下的250個信道中一個給上行控制，一個給下行控制，其余全部用于數(shù)據(jù)傳輸，由提供者分配哪些給上行，哪些給下行采用DMT調(diào)制的ADSL0123456789251252253254255VoiceUpstreamDownstream…………4312.5Hz1~5

信道：作為電話信號和網(wǎng)絡信號的隔離帶ComputerNetworks常用的ADSL帶寬分配因為用戶對Internet的訪問是不對稱的，所以一般總是將80–90%的信道分配給下行，每個信道都是獨立調(diào)制的voice4k4k…4kUpstream64k256k…1MDownstream512k1M…8M<ComputerNetworks2.5.3InternetoverCable社區(qū)電視系統(tǒng)HFC混合光纖電纜系統(tǒng)HFC中的頻譜分配CableMODEMADSL與HFC的比較ComputerNetworks社區(qū)電視系統(tǒng)（有線電視網(wǎng)CATV）社區(qū)電視系統(tǒng)的特點覆蓋面很大，系統(tǒng)之間用光纜連接傳播單向電視信號的一個共享系統(tǒng)：電視臺發(fā)射信息，電視接受信息用同軸電纜作為傳輸介質(zhì)（入戶），帶寬可達750MHz作為Internet接入的可能性數(shù)據(jù)的雙向傳輸因此，需對現(xiàn)有有線電視網(wǎng)進行改造（稱為HFC系統(tǒng)--光纖和同軸電纜的混合---有線通）才可能用于接入Internet用戶端的CableMODEMComputerNetworksHFC（HybridFiberCoax

）混合光纖電纜系統(tǒng)HFC網(wǎng)是在有線電視網(wǎng)CATV的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種居民寬帶接入網(wǎng)?，F(xiàn)有的CATV網(wǎng)是樹形拓撲結(jié)構(gòu)的同軸電纜網(wǎng)絡，它采用模擬技術(shù)的頻分復用對電視節(jié)目進行單向傳輸。

HFC網(wǎng)需要對CATV網(wǎng)進行改造將原CATV網(wǎng)中的同軸電纜主干部分改換為光纖，并使用模擬光纖技術(shù)。在模擬光纖中采用光的振幅調(diào)制AM，這比使用數(shù)字光纖更為經(jīng)濟。模擬光纖從頭端（headend）連接到光纖結(jié)點(fibernode)，即光分配結(jié)點

ODN(OpticalDistributionNode)。在光纖結(jié)點光信號被轉(zhuǎn)換為電信號。在光纖結(jié)點以下就是同軸電纜。ComputerNetworks每個家庭要安裝一個用戶接口盒UIB(UserInterfaceBox)，用戶接口盒要提供三種連接，即：使用同軸電纜連接到機頂盒(set-topbox)，然后再連接到用戶的電視機。使用雙絞線連接到用戶的電話機。使用電纜調(diào)制解調(diào)器連接到用